[发明专利]应用于沟槽型MOS器件的沟槽栅的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造工艺，尤其涉及一种应用于沟槽型MOS器件的沟槽栅的制备方法。

背景技术

传统的平面型MOS(金属氧化物半导体)器件中，其MOS晶体管的源极、栅极和漏极都位于硅片的水平面上，不仅占用的面积大，而且导通电阻和功耗也较大，无法满足功率器件小型化和低功耗化的要求。而沟槽型MOS器件巧妙地将晶体管的栅极形成于垂直于硅片表面的沟槽内，从而使导通通道转移到硅片的纵向方向，这样做有三个优点：(1)缩小器件面积，进一步提高器件集成密度，(2)有效降低了导通电阻和功耗，(3)基本消除了空穴在P阱的横向流动，有效地抑制了pnpn闩锁效应(pnpn闩锁效应是指当器件的工作电流比闩锁临界电流大时，器件的寄生pnpn管会导通，而此时实际控制器件的MOS管可能还没导通，因此就无法由外电路通过MOS管来控制器件的关断)。因此沟槽型MOS器件被普遍应用于功率器件。

在沟槽型MOS器件制造工艺中，晶体管的栅极在沟槽内部形成，用来控制MOS器件的开与关，因此沟槽栅的制作是非常关键和重要的工艺，图1是传统沟槽栅的结构，其制备工艺主要包括以下步骤：(1)在需要制作沟槽栅的硅片100上经由光刻和刻蚀的方法形成沟槽200；(2)使用湿法清洗或牺牲氧化的方法去除沟槽表面的缺陷和杂质；(3)栅氧化层800的生长；(4)多晶硅600的填充；(5)经由光刻和刻蚀的方法形成最终所需的由多晶硅600和栅氧化层800组成的沟槽栅结构。在上述方法中，因为步骤(1)所形成的沟槽顶角700很尖(90°直角)，电荷容易在此累积并形成较密集的电场(尖端放电)，在施加同样的外部电压的情况下，容易在沟槽顶角700处发生电击穿(Break down)而形成漏电，而在沟槽的侧壁和底部因为没有电场的累积而不容易发生击穿，因此沟槽顶角700处的击穿电压(BV:Breakdown Voltage)通常都会小于沟槽的侧壁和底部的击穿电压，而沟槽顶角700处的击穿电压决定了整个器件的击穿电压。因此在传统工艺中，往往因为在沟槽顶角700处容易发生电击穿而降低了整个器件的击穿电压。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种应用于沟槽型MOS器件的沟槽栅的制备方法，通过增加沟槽顶角处栅氧化层的厚度，使该处的击穿电压提高到与沟槽侧壁和底部相当甚至更高的水平，以解决传统方法中由于在沟槽顶角处电场容易集中而导致的击穿电压降低的问题。

为解决上述技术问题，一种应用于沟槽型MOS器件的沟槽栅的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）在需要制作沟槽栅的硅片上经由光刻和刻蚀的方法形成沟槽；

（2）第一栅氧化层的生长；

（3）光刻胶的涂布和烘烤；

（4）用曝光、显影的方法在沟槽顶角处形成光刻胶图形；

（5）用湿法刻蚀的方法去掉除沟槽顶角处以外的第一栅氧化层，保留沟槽顶角处的第一栅氧化层，然后去除光刻胶图形；

（6）第二栅氧化层的生长；

（7）多晶硅的填充；

（8）经由光刻和刻蚀的方法形成最终所需的由多晶硅和栅氧化层组成的沟槽栅结构。

在步骤(1)中，所述沟槽是以光刻胶图形为掩膜刻蚀硅片形成，或以介质膜图形为掩膜刻蚀硅片形成。

在步骤(2)中，在所述第一栅氧化层生长之前，优选地，使用湿法清洗或牺牲氧化或两者相结合的方法去除沟槽表面的缺陷和杂质，所述的湿法清洗包括：用氢氟酸去除沟槽表面的自然氧化层，用氢氧化铵和过氧化氢去离子水的混合液去除沟槽表面的颗粒和有机物杂质，以及用盐酸和过氧化氢去离子水的混合液去除沟槽表面的金属杂质；所述的牺牲氧化是指先通过热氧化的方法使沟槽表面的硅和氧气或水蒸汽反应生成二氧化硅，然后再通过湿法刻蚀的方法去除所述的二氧化硅，以达到去除沟槽表面的缺陷和杂质的目的。所述第一栅氧化层使用热氧化法生长，其生长温度为750-1100℃，且所述第一栅氧化层的厚度为50-5000纳米，且所述第一栅氧化层的厚度大于后续步骤（6）所述第二栅氧化层的厚度。

在步骤(3)中，所述光刻胶为负性光刻胶，且所述负性光刻胶涂布之后要能完全覆盖步骤(1)中所述沟槽的底部和侧面、以及所述硅片的表面；所述光刻胶的涂布采用旋涂或喷涂的方式。

在步骤(4)中，所述曝光、显影的方法是指使用掩模版在沟槽顶角处进行曝光，使沟槽侧壁和硅片表面的负性光刻胶仅在靠近沟槽顶角处的部分被曝光，显影后在沟槽顶角处形成光刻胶图形。